디젤 엔진을 가스동력 스노우모빌에 장착하기 위한 엔진 베이 역설계
속도 및 성능을 유지하거나 향상시키는 동시에 소음을 줄이고, 배기 가스를 제거하기 위해서 산업용 디젤 엔진을 가스 구동 스노우모빌 섀시에 통합하는 것 어려운 작업입니다. 최첨단 기술로 매우 복잡한 기하학적 구조를 측정하여 정확한 기초를 확보하고 올바른 공차를 가지지 않고는 제대로 수행할 수 없습니다.
섀시의 구조적 무결성을 유지하면서 디젤 엔진에 맞도록 스노우모빌의 구조적 기반을 어떻게 수정할 수 있을까요?
전체 지지대 구조를 교체하거나, 스톡 오일 팬을 교체하거나, 건식 섬프 오일 시스템을 사용하는 것은 잠재적인 신뢰성 문제로 이어질 수 있고 비용이 많이 들고 복잡한 옵션입니다. 따라서 엔지니어는 오일 팬 설계를 변경하지 않고도 산업용 디젤 엔진에 맞게 엔진 베이 (엔진 주변)를 설계하는 방법을 찾아야 합니다. 그러기 위해서는 현재 엔진, 엔진 마운팅 및 엔진 베이를 측정하는 것이 매우 중요합니다. 그러나 설계에 극도로 빽빽한 간격이 포함될 수 있으므로 매우 정확한 측정 장비로 수행해야 합니다.
엔진 베이를 형성하는 알루미늄 주물이 기하학적으로 복잡하고 다양한 형태를 가지고 있는데, 어떻게 정확하게 측정할 수 있을까요?
섀시의 구조적 무결성을 유지하면서 엔진에 맞도록 스노우모빌의 구조적 기초를 수정하려면 모든 각도와 주조(casting) 표면을 측정해야 합니다. 엔지니어는 엔진과 엔진 베이 사이의 정확한 공차를 알아야 합니다. 아쉽게도 기존 도구로는 이러한 모든 허용 공차를 정확하게 얻을 수 없습니다.
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기존의 측정 도구가 다른 개발 영역에서 유용하지만, 캘리퍼가 정확하지 않고 다재다능하지 않을 경우 다른 어떤 솔루션을 사용할 수 있나요?
캘리퍼와 기존 측정 도구로는 측정해야 하는 표면의 특정 영역에 접근할 수 없거나 당면한 작업에 대해 충분히 정확한 데이터를 제공할 수 없습니다. 엔진 베이의 경우 상당히 복잡한 기학학적 형상이 포함되어 있습니다. 따라서 올바른 공차를 강조하고 빠르고 효율적인 장착을 위해 적절한 간격을 제공하는 데이터를 획득하려면 보다 다양하고 정확한 측정 솔루션이 필요합니다.
개발의 첫 번째 단계는 중요한 만큼 길고 지루할 수 있습니다.
어떻게 하면 팀이 설계 중에 일반적으로 필요한 반복 횟수를 어떻게 줄이고 다른 개발 단계에서 겹치지 않도록 할 수 있나요?
기존의 도구를 사용하여 엔진 베이의 복잡한 형상을 측정하는 방법을 추구하면 복합적인 오류가 발생할 수 있습니다. 또한 모든 마운팅 구성 요소를 정확하게 맞추기 위해서는 여러 번의 설계 및 반복이 필요할 수 있습니다. 이러한 설계 과정에서 관련된 반복 횟수를 줄이려면 올바른 측정 솔루션의 우선 순위를 정해야 합니다. 이렇게 하면 귀중한 시간이 절약되고 다른 개발 단계가 논리적 순서로 진행할 수 있습니다.
솔루션 : 고해상도, 정확성, 다기능적인 빠른 3D스캐닝 기술
오일 팬을 교체하거나 드라이 섬프 오일 시스템을 사용하지 않는 가장 좋은 방법은 엔진 베이의 복잡한 형상을 고려하여 최대한 촘촘하게 장착될 수 있는 엔진을 위한 지지 구조를 설계하는 것입니다. 3D스캐닝 기술은 올바른 공차를 강조하고 빠르고 효율적인 맞춤을 위한 적절한 간극을 제공하는, 데이터 획득 솔루션입니다. 정확성은 엔지니어가 CAD 모델에서 느끼는 편안함과 신뢰도 수준으로 입증되며, 이는 엔진 마운팅이 제작되고 나면 완벽히 정상으로 판명됩니다. 고해상도 카메라가 지오메트리에 대해 제공하는 높은 수준의 디테일은 설계 및 개발 팀에게 중요한 기능입니다. 스캔 품질은 구성 요소의 스캔 표면과 실제 표면 간의 불일치를 확인하는 데 필수적입니다.
첨단 광학 기술과 무한한 스캔 볼륨으로 다기능성이 가능합니다. 덕분에 3D스캐너는 크기, 모양, 재질, 표면 마감 및 복잡성에 관계없이 모든 부품을 측정할 수 있습니다. 여기에서 속도는 인스턴트 메쉬 기능으로 정의됩니다. 생성된 메쉬가 이미 가벼워지고 처리되는 경우 CAD 또는 3D프린팅 소프트웨어에 원활하게 통합될 수 있습니다.
핸디스캔(HandySCAN 3D) 또는 고스캔(Go!SCAN 3D)와 같은 계측 등급의 3D스캐너와 소프트웨어 플랫폼인 VXModel 및 폴리웍스(Polyworks)는 이러한 고해상도의 정확하고 다기능적인 빠른 스캐닝 솔루션의 좋은 예입니다.
이점 : 3D스캐너의 고해상도, 정확성, 다기능성 및 속도를 통해 디젤 엔진을 가스 구동식 스노우모빌에 장착하는 과제를 적시에 예산에 맞춰 해결할 수 있습니다.
새로운 설계를 테스트하는 동안 엔지니어가 얻는 다양한 결과는 깔끔한 재설계 외에도 실현의 궁극적인 증거입니다. 3D스캐닝 기술은 깨끗한 스노우모빌 대회에서 승리하는 데 필수적인 이점을 제공합니다.
- 안전하고 견고한 설계
3D스캔의 정확성은 디젤 엔진 스노우모빌의 안전하고 견고한 설계에 중요한 요소입니다. 3D스캐너와 Scan-to-CAD 기술은 신뢰할 수 있는 결과를 생성하기 때문에 엔지니어는 엔진과 엔진 베이 사이의 정확한 공차를 알 수 있습니다. 이런 식으로 엔진에 맞추기 위해 스노우모빌의 구조적 기초를 편안하게 수정할 수 있습니다. 섀시의 구조적 무결성은 그대로입니다.
- 최적화된 설계 프로세스
3D스캐너는 프로그래밍이나 준비 없이 전체 표면에서 많은 데이터를 획득할 수 있으므로 설계자와 엔지니어는 탑재 부품의 설계 및 제작에 필요한 반복 횟수를 최소화하여 설계 프로세스 동안 시간을 절약할 수 있습니다.
- 더 나은 성능
소음을 제한하고 배기가스를 제거하기 위해 스노우모빌의 구조적 기반을 수정하는 것은 속도와 성능을 희생하는 것입니다. 엔지니어의 독창성과 3D스캐너의 도움으로 복잡한 기하학적 부품을 다양한 모양과 윤곽으로 측정하여 목표에 더 가깝게 만들 수 있었습니다. 3D스캐너를 사용하면 엔지니어와 설계자는 이전에는 측정이 불가능했던 구성 요소를 조정할 수 있어 스노우모빌에 성능과 견고성을 더할 수 있습니다.
Clarkson SAE Clean Snowmobile 팀에는 다양한 학부 프로그램의 약 20명 학생들이 엔지니어링 경험 및 설계를 위한 학생 프로젝트에 참여합니다. 그들의 최근 프로젝트는 1년 안에 디젤 엔진 스노우모빌을 설계하고 제작하는 것이었는데 이는 인상적인 업적이었습니다. Polaris Industries의 도움을 받아 팀은 2020 Polaris Titan Adventure 섀시를 받아 수정을 시작했습니다. 이 재설계에는 새로운 디젤 엔진인 Caterpillar C1.1 리터 3기통, 4행정 디젤도 포함되어 있습니다. 그런 다음 섀시는 몬트리올로 옮겨져 크레아폼 측정학 서비스는 3D스캐닝을 수행하여 엔진 베이의 솔리드웍스(SolidWorks) 모델링을 수행했습니다.
“Clarke Powered Solutions로부터 받은 엔진 스텝 파일과 엔진 베이는 크레아폼 3D스캔 없이 이 프로젝트를 수행할 수 없었을 것입니다. 모델 지오메트리는 믿을 수 없을 정도로 정확했기 때문에 스노우모빌이 제작된 후 몇 가지 좁은 간격을 성공적으로 만들 수 있었습니다.”
- Clarkson SAE Clean Snowmobile의 사장인 Shawn Schneider
Clarkson SAE Clean Snowmobile 팀은 올해 초 Michigan Technological University에서 돌아와 연례 SAE Clean Snowmobile Challenge에서 디젤 유틸리티 클래스에서 1위를 했습니다.
"엔진 베이의 스캔없이 작업을 정확히 수행하는 것은 거의 불가능했을 것입니다."
- Clarkson SAE Clean Snowmobile의 사장인 Shawn Schneider
이제 팀은 2025년에 새 섀시가 필요할 때까지 다음 4개 대회를 위해 CAD에서 견고한 설계를 계속 개발하고 개선할 수 있습니다. 신뢰할 수 있는 기반을 구축하는 것은 미래의 창조성과 혁신이 가능하게 할 것입니다.
